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English 简介：麦克风阵列为何重要
由于智能扬声器 亚马逊Echo 和 谷歌Home 麦克风阵列技术已成为主流，并成为关键的差异化因素。例如，亚马逊 Echo 采用了 6+1 圆形麦克风阵列，而 Google Home 则选择了更简单的 2 麦克风设置。但麦克风阵列到底是什么，为什么对语音交互有重要作用？在 无锡硅源科技有限公司我们将探讨这一创新的核心及其在 MEMS 麦克风设计中日益重要的作用。
什么是麦克风阵列技术？
在学术界，麦克风阵列是一组空间分布的声学传感器，用于对声场进行采样和分析。在消费电子产品领域，它指的是将两个或两个以上的麦克风按特定几何形状排列，以定向捕捉声音的系统。
麦克风阵列结构类型：
- 线性
- 圆形/环形
- 球形
- 螺旋式
- 平面
- 不规则（定制）
工业和军事应用可能会使用数百个麦克风，而消费类设备则要兼顾性能和成本，通常使用 2 到 8 个麦克风。
为什么麦克风阵列在智能设备中必不可少？
单个麦克风足以满足智能手机等近场应用的需要，但远场语音识别（如智能扬声器或家用机器人中使用的语音识别）却面临着诸如以下的挑战：
- 环境噪声
- 室内混响
- 多扬声器干扰
麦克风阵列可以解决这些问题：
- 噪音抑制
- 回声消除
- 来源本地化
- 波束成形
- 阵列增益放大
💡 进一步了解我们的 MEMS 麦克风解决方案 针对远场语音拾取进行了优化。
麦克风阵列背后的关键技术
1.噪音抑制
麦克风阵列可降低背景噪声（如空调嗡嗡声），从而提高语音清晰度。与移动语音助手不同，远场语音界面需要进行自适应过滤，以便从远处集中接收用户语音。
2.回声消除
在播放音乐的智能扬声器中，麦克风阵列必须消除设备自身的音频输出--通常被误认为是用户输入。这通常被称为 "回声消除"，但更准确的说法是自噪声抑制。
3.减少混响
室内声学常常会导致反射声波与直接语音输入重叠。阵列有助于减轻这种影响，提高语音识别的准确性。
4.波束成形
通过处理来自每个麦克风的延时信号，波束成形技术可创建空间滤波器，放大来自所需方向的信号，同时抑制其他方向的信号。
5.来源本地化
通过到达时间差（TDOA）和基于能量的方法，麦克风阵列可以确定声源的方向，从而提高唤醒词（如 "Alexa "或 "Hey Google"）的响应精度。
麦克风阵列的发展趋势
微型化
由于半波长间距规则，传统阵列存在物理限制。在 合成孔径 从雷达中借鉴的技术可大幅缩小阵列尺寸。
成本优化
目前 2 微米到 6 微米阵列的成本越来越低，集成硬件和算法创新降低了总 BOM 成本。
多扬声器识别
未来的关键在于克服 "鸡尾酒会问题"，使设备能够在嘈杂的环境中分离和识别多个扬声器。
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如何选择正确的麦克风阵列配置
| 应用 | 建议麦克风数量 | 说明 |
|---|---|---|
| 声控玩具 | 1（带 DSP） | 低成本、近场 |
| 智能手机/耳塞 | 2 (Endfire/Broadside) | 适合定向拾音 |
| 智能扬声器 | 4-6 圆 | 稳健的远场识别 |
| 汽车 | 分布式阵列 | 专为舱内环境设计 |
| 机器人 | 4 线性/圆形 | 语音交互的空间感知 |
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结论
麦克风阵列不仅仅是麦克风的集合，它们还是智能音频系统，能够实现更智能、反应更灵敏的语音交互。作为 MEMS 麦克风和智能传感模块的领先供应商、 无锡硅源科技有限公司 在声学信号处理领域不断创新，帮助制造商设计出听得更清楚、想得更聪明、反应更迅速的产品。
